Vaatamata Etherneti võrkude laialdasele kasutamisele on DSL-põhised sidetehnoloogiad endiselt aktuaalsed. Seni võib DSL-i leida viimase miili võrkudes abonendiseadmete ühendamiseks Interneti-teenuse pakkuja võrkudega ning viimasel ajal kasutatakse seda tehnoloogiat üha enam kohtvõrkude ehitamisel, näiteks tööstuslikes rakendustes, kus DSL toimib Etherneti täiendusena. või RS-232/422/485 põhinevad välivõrgud. Sarnaseid tööstuslikke lahendusi kasutatakse aktiivselt arenenud Euroopa ja Aasia riikides.
DSL on standardite perekond, mis loodi algselt digitaalsete andmete edastamiseks telefoniliinide kaudu. Ajalooliselt sai sellest esimene lairiba Interneti-juurdepääsu tehnoloogia, mis asendas DIAL UP ja ISDN. Praegu eksisteerivate DSL-standardite suur valik on tingitud asjaolust, et paljud ettevõtted püüdsid alates 80ndatest aastatest arendada ja turustada oma tehnoloogiat.
Kõik need arendused võib jagada kahte suurde kategooriasse – asümmeetrilised (ADSL) ja sümmeetrilised (SDSL) tehnoloogiad. Asümmeetriline tähistab neid, mille puhul sissetuleva ühenduse kiirus erineb väljuva liikluse kiirusest. Sümmeetrilise all peame silmas seda, et vastuvõtu- ja edastuskiirused on võrdsed.
Tuntumad ja levinumad asümmeetrilised standardid on tegelikult ADSL (viimases väljaandes - ADSL2+) ja VDSL (VDSL2), sümmeetrilised - HDSL (vananenud profiil) ja SHDSL. Need kõik erinevad üksteisest selle poolest, et töötavad erinevatel sagedustel ning kasutavad füüsilisel sideliinil erinevaid kodeerimis- ja modulatsioonimeetodeid. Samuti erinevad veaparandusmeetodid, mille tulemuseks on erinev mürakindluse tase. Sellest tulenevalt on igal tehnoloogial oma piirangud andmeedastuskiirusel ja -kaugusel, sealhulgas sõltuvalt juhi tüübist ja kvaliteedist.
Erinevate DSL-standardite piirangud
Mis tahes DSL-tehnoloogia puhul väheneb andmeedastuskiirus kaabli pikkuse kasvades. Ekstreemsetel vahemaadel on võimalik saada mitmesaja kilobitiseid kiirusi, kuid andmete edastamisel üle 200-300 m on maksimaalne võimalik kiirus olemas.
Kõigi tehnoloogiate hulgas on SHDSL-il tõsine eelis, mis võimaldab seda kasutada tööstuslikes rakendustes - kõrge mürakindlus ja võimalus kasutada andmeedastuseks mis tahes tüüpi juhte. Asümmeetriliste standardite puhul see nii ei ole ja side kvaliteet sõltub suuresti andmeedastuseks kasutatava liini kvaliteedist. Eelkõige on soovitatav kasutada keerutatud telefonikaablit. Sel juhul on töökindlam lahendus ADSL-i ja VDSL-i asemel optilise kaabli kasutamine.
SHDSL-ile sobib iga teineteisest eraldatud juhtmepaar - vask, alumiinium, teras jne.Edastuskandjaks võib olla vana elektrijuhtmestik, vanad telefoniliinid, okastraataiad jne.
SHDSL-i andmeedastuskiiruse sõltuvus vahemaast ja juhtme tüübist
SHDSL-i jaoks antud andmeedastuskiiruse ja kauguse ja juhtmetüübi graafikust näete, et suure ristlõikega juhid võimaldavad teil edastada teavet suurema vahemaa tagant. Tänu tehnoloogiale on võimalik sidet korraldada kuni 20 km kaugusel maksimaalse võimaliku kiirusega 15.3-juhtmelise kaabli puhul 2 Mb/s või 30-juhtmelise kaabli puhul 4 Mb. Reaalsetes rakendustes saab edastuskiirust käsitsi seadistada, mis on vajalik tugevate elektromagnetiliste häirete või halva liinikvaliteedi tingimustes. Sel juhul on edastuskauguse suurendamiseks vaja vähendada SHDSL-seadmete kiirust. Kiiruse täpseks arvutamiseks sõltuvalt dirigendi kaugusest ja tüübist saate kasutada tasuta tarkvara, näiteks .
Miks on SHDSL-il kõrge mürakindlus?
SHDSL transiiveri tööpõhimõtet saab esitada plokkskeemi kujul, milles eristatakse spetsiifilist ja rakenduse seisukohalt sõltumatut (invariantset) osa. Sõltumatu osa koosneb PMD (Physical Medium-Dependent) ja PMS-TC (Physical Medium-Specific TC Layer) funktsionaalplokkidest, spetsiifiline osa aga TPS-TC (Transmission Protocol-Specific TC Layer) kihti ja kasutaja andmeliideseid.
Füüsiline side transiiverite (STU) vahel võib eksisteerida ühe paari või mitme üksiku paari kaablina. Mitme kaablipaari korral sisaldab STU mitu sõltumatut PMD-d, mis on seotud ühe PMS-TC-ga.
SHDSL-transiiveri (STU) funktsionaalne mudel
TPS-TC moodul sõltub rakendusest, milles seadet kasutatakse (Ethernet, RS-232/422/485 jne). Selle ülesanne on teisendada kasutajaandmed SHDSL-vormingusse, teostada mitme kasutajaandmete kanalite multipleksimist/demultipleksimist ja aja reguleerimist.
PMS-TC tasemel moodustatakse ja sünkroonitakse SHDSL-kaadreid, samuti skrambeldatakse ja dekodeeritakse.
PMD moodul täidab info kodeerimise/dekodeerimise, moduleerimise/demoduleerimise, kaja kustutamise, sideliinil parameetrite läbirääkimise ning transiiverite vaheliste ühenduste loomise funktsioone. Just PMD tasemel tehakse põhitoimingud SHDSL kõrge mürakindluse tagamiseks, sealhulgas TCPAM kodeering (Trellis kodeerimine analoogimpulssmodulatsiooniga), ühine kodeerimis- ja modulatsioonimehhanism, mis parandab signaali spektraalset efektiivsust võrreldes eraldiseisva signaaliga. meetod. PMD mooduli tööpõhimõtet saab esitada ka funktsionaalse diagrammi kujul.
PMD mooduli plokkskeem
TC-PAM põhineb konvolutsioonikooderi kasutamisel, mis genereerib SHDSL-saatja poolel üleliigse bitijada. Igal taktitsüklil omistatakse igale kodeerija sisendisse jõudvale bitile väljundis topeltbitt (dibit). Seega suurendatakse suhteliselt väikese koondamise hinnaga ülekandemüra häirekindlust. Trellis modulatsiooni kasutamine võimaldab vähendada kasutatavat andmeedastuse ribalaiust ja lihtsustada riistvara, säilitades samal ajal sama signaali-müra suhte.
Trellise kodeerija tööpõhimõte (TC-PAM 16)
Topeltbitt moodustatakse loogilise modulo-2 liitmise (välistava või) operatsiooniga, mis põhineb sisendbitil x1(tn) ja bittidel x1(tn-1), x1(tn-2) jne. (kokku võib neid olla kuni 20), mis saadi enne kodeerija sisendisse ja jäid salvestatuks mäluregistritesse. Kodeerija tn+1 järgmisel taktitsüklil nihutatakse mälurakkudes bitte loogilise toimingu sooritamiseks: bitt x1(tn) liigub mällu, nihutades kogu sinna salvestatud bittide jada.
Konvolutsioonikooderi algoritm
Tõesustabelid liitmisoperatsiooni mooduli 2 jaoks
Selguse huvides on mugav kasutada konvolutsioonikooderi olekudiagrammi, kust on näha, mis olekus on kooder aegadel tn, tn+1 jne. sõltuvalt sisendandmetest. Sel juhul tähendab kodeerija olek sisendbiti x1(tn) ja esimeses mälulahtris oleva biti x1(tn-1) väärtuste paari. Diagrammi koostamiseks saab kasutada graafikut, mille tippudes on võimalikud kodeerija olekud ning üleminekuid ühest olekust teise tähistavad vastavad sisendbitid x1(tn) ja väljunddibitid $inline$y ₀y ₁(t ₀)$inline$.
Saatja konvolutsioonkooderi olekuskeem ja üleminekugraafik
Saatjas moodustatakse nelja vastuvõetud biti (koodri kaks väljundbitti ja kaks andmebitti) põhjal sümbol, millest igaüks vastab analoogimpulssmodulaatori moduleeriva signaali enda amplituudile.
16-bitise AIM-i olek olenevalt neljabitise märgi väärtusest
Signaali vastuvõtja poolel toimub pöördprotsess - kodeerija x0(tn) vajaliku sisendbittide jada demoduleerimine ja liiaskoodist (topeltbitid y1y1(tn)) valimine. Seda toimingut teostab Viterbi dekooder.
Dekoodri algoritm põhineb veamõõdiku arvutamisel kõigi võimalike eeldatavate kodeerija olekute jaoks. Vea mõõdik viitab erinevusele vastuvõetud bittide ja eeldatavate bittide vahel iga võimaliku tee puhul. Kui vastuvõtuvigu pole, on tegelik tee veamõõdik 0, kuna bittide lahknemine puudub. Valeteede puhul erineb mõõdik nullist, suureneb pidevalt ja mõne aja pärast lõpetab dekooder eksliku tee arvutamise, jättes alles ainult tõese tee.
Kodeerija oleku diagramm, mille arvutab vastuvõtja Viterbi dekooder
Kuidas aga tagab see algoritm mürakindluse? Eeldades, et vastuvõtja sai andmed ekslikult, jätkab dekooder kahe tee arvutamist veamõõdikuga 1. Teed veamõõdikuga 0 enam ei eksisteeri. Kuid selle kohta, milline tee on tõene, teeb algoritm hiljem järgmiste saadud topeltbittide põhjal.
Teise vea ilmnemisel on mõõdikuga 2 mitu teed, kuid õige tee tuvastatakse hiljem maksimaalse tõenäosuse meetodi (st minimaalse mõõdiku) alusel.
Viterbi dekoodriga arvutatud kodeerija oleku diagramm vigadega andmete vastuvõtmisel
Ülalkirjeldatud juhul võtsime näitena 16-bitise süsteemi (TC-PAM16) algoritmi, mis tagab kolme biti kasuliku info edastamise ja veakaitseks täiendava biti ühes sümbolis. TC-PAM16 saavutab andmeedastuskiirused vahemikus 192 kuni 3840 kbps. Suurendades biti sügavust 128-ni (kaasaegsed süsteemid töötavad TC-PAM128-ga), edastatakse igas sümbolis kuus bitti kasulikku teavet ning maksimaalne saavutatav kiirus jääb vahemikku 5696 kbps kuni 15,3 Mbps.
Analoogimpulssmodulatsiooni (PAM) kasutamine muudab SHDSL-i sarnaseks paljude populaarsete Etherneti standarditega, nagu gigabit 1000BASE-T (PAM-5), 10-gigabit 10GBASE-T (PAM-16) või tööstuslik ühepaar Ethernet 2020BASE -T10L, mis on paljutõotav aastaks 1 (PAM-3).
SHDSL Etherneti võrkude kaudu
On hallatud ja haldamata SHDSL-modemid, kuid sellel klassifikatsioonil on vähe ühist tavapärase jaotusega hallatavateks ja mittehallatavateks seadmeteks, mis eksisteerivad näiteks Etherneti kommutaatorite jaoks. Erinevus seisneb konfiguratsiooni- ja jälgimistööriistades. Hallatud modemid konfigureeritakse veebiliidese kaudu ja neid saab diagnoosida SNMP kaudu, samal ajal kui haldamata modemeid saab diagnoosida lisatarkvara abil konsooli pordi kaudu (Phoenix Contacti jaoks on see tasuta PSI-CONF programm ja mini-USB liides). Erinevalt lülititest saavad haldamata modemid töötada helinatopoloogiaga võrgus.
Vastasel juhul on hallatud ja haldamata modemid absoluutselt identsed, sealhulgas funktsionaalsus ja võimalus töötada Plug&Play põhimõttel, st ilma eelkonfiguratsioonita.
Lisaks saab modemeid varustada liigpingekaitse funktsioonidega, mis võimaldavad neid diagnoosida. SHDSL-võrgud võivad moodustada väga pikki segmente ja juhtmed võivad kulgeda kohtades, kus võivad tekkida liigpinged (äikselahendusest või lühistest põhjustatud potentsiaalsed erinevused lähedalasuvates kaabelliinides). Indutseeritud pinge võib põhjustada kiloamprite suuruste tühjendusvoolude voolamist. Seetõttu on seadmete kaitsmiseks selliste nähtuste eest SPD-d modemitesse sisse ehitatud eemaldatava plaadi kujul, mida saab vajadusel välja vahetada. SHDSL-liin on ühendatud selle plaadi klemmiplokiga.
Topoloogiad
SHDSL-i üle Etherneti abil on võimalik ehitada mis tahes topoloogiaga võrke: punkt-punkti, joon, täht ja ring. Samal ajal saate olenevalt modemi tüübist ühendamiseks kasutada nii 2- kui 4-juhtmelisi sideliine.
SHDSL-il põhinevad Etherneti võrgu topoloogiad
Samuti on võimalik ehitada hajutatud süsteeme kombineeritud topoloogiaga. Igas SHDSL-võrgusegmendis võib olla kuni 50 modemit ja arvestades tehnoloogia füüsilisi võimalusi (modemite vaheline kaugus on 20 km), võib segmendi pikkus ulatuda 1000 km-ni.
Kui iga sellise segmendi ette on installitud hallatav modem, saab segmendi terviklikkust diagnoosida SNMP abil. Lisaks toetavad hallatud ja haldamata modemid VLAN-tehnoloogiat, st võimaldavad teil võrgu jagada loogilisteks alamvõrkudeks. Seadmed on võimelised töötama ka tänapäevastes automaatikasüsteemides kasutatavate andmeedastusprotokollidega (Profinet, Ethernet/IP, Modbus TCP jne).
Sidekanalite broneerimine SHDSL-i abil
SHDSL-i kasutatakse üleliigsete sidekanalite loomiseks Etherneti võrgus, enamasti optilistes.
SHDSL ja jadaliides
Jadaliidesega SHDSL-modemid ületavad kauguse, topoloogia ja juhtmekvaliteedi piiranguid, mis eksisteerivad traditsiooniliste asünkroonsetel transiiveritel (UART) põhinevate juhtmega süsteemide puhul: RS-232 - 15 m, RS-422 ja RS-485 - 1200 m.
Jadaliidestega (RS-232/422/485) modemeid on nii universaalsete kui ka spetsiaalsete rakenduste jaoks (näiteks Profibusi jaoks). Kõik sellised seadmed kuuluvad kategooriasse "haldamata", seetõttu konfigureeritakse ja diagnoositakse neid spetsiaalse tarkvara abil.
Topoloogiad
Jadaliidesega võrkudes saab SHDSL-i kasutades ehitada punkt-punkti, liini- ja täht topoloogiaga võrke. Lineaarse topoloogia raames on võimalik üheks võrguks ühendada kuni 255 sõlme (Profibusi puhul - 30).
Süsteemides, mis on ehitatud ainult RS-485 seadmeid kasutades, ei ole kasutatavale andmeedastusprotokollile piiranguid, kuid liini- ja tähetopoloogiad on RS-232 ja RS-422 jaoks ebatüüpilised, seega lõppseadmete töö SHDSL-võrgus sarnaste topoloogiatega. on võimalik ainult pooldupleksrežiimis. Samas tuleb RS-232 ja RS-422-ga süsteemides tagada seadmete adresseerimine protokolli tasemel, mis ei ole tüüpiline punkt-punkti võrkudes kõige sagedamini kasutatavate liideste puhul.
Erinevat tüüpi liidestega seadmete ühendamisel SHDSL-i kaudu tuleb arvestada asjaoluga, et seadmetevahelise ühenduse (käepigistuse) loomiseks pole ühtset mehhanismi. Sel juhul on siiski võimalik vahetust korraldada, selleks peavad olema täidetud järgmised tingimused:
- side koordineerimine ja andmeedastuse kontroll tuleb teostada ühtse info andmeedastusprotokolli tasemel;
- kõik lõppseadmed peavad töötama pooldupleksrežiimis, mida peab toetama ka infoprotokoll.
Asünkroonsete liideste levinuim protokoll Modbus RTU võimaldab vältida kõiki kirjeldatud piiranguid ja luua ühtse süsteemi erinevat tüüpi liidestega.
SHDSL-il põhinevad jadavõrgu topoloogiad
Kahejuhtmelise RS-485 kasutamisel seadmetel Saate ehitada keerukamaid struktuure, kombineerides modemeid ühe siini kaudu DIN-rööpale. Kombineeritud võrgu loomiseks saab paigaldada samale siinile toiteallika (sel juhul saavad kõik seadmed siini kaudu) ja PSI-MOS-seeria optilised muundurid. Sellise süsteemi toimimise oluline tingimus on kõigi transiiverite sama kiirus.
SHDSL-i lisafunktsioonid RS-485 võrgus
Rakenduse näited
SHDSL-tehnoloogiat kasutatakse Saksamaal aktiivselt munitsipaalteenustes. Rohkem kui 50 linna tehnosüsteeme teenindavat ettevõtet kasutavad vanu vasktraate, et ühendada üle linna laiali paigutatud objektid ühte võrku. Vee-, gaasi- ja energiavarustuse juhtimis- ja arvestussüsteemid on peamiselt üles ehitatud SHDSL-ile. Selliste linnade hulgas on Ulm, Magdeburg, Ingolstadt, Bielefeld, Frankfurt an der Oder ja paljud teised.
Suurim SHDSL-põhine süsteem loodi Lübecki linnas. Süsteemil on kombineeritud struktuur, mis põhineb optilisel Ethernetil ja SHDSL-il, ühendab 120 üksteisest eemal asuvat objekti ja kasutab rohkem kui 50 modemit . Kogu võrk diagnoositakse SNMP abil. Pikim lõik Kalkhorstist Lübecki lennujaama on 39 km pikk. Põhjus, miks klientfirma SHDSL-i valis, oli see, et vanade vaskkaablite olemasolu arvestades ei olnud majanduslikult otstarbekas projekti täielikult optika pealt ellu viia.
Andmeedastus libisemisrõnga kaudu
Huvitav näide on andmete edastamine liikuvate objektide vahel, nagu seda tehakse tuuleturbiinides või suurtes tööstuslikes keerdumismasinates. Sarnast süsteemi kasutatakse infovahetuseks jaamade rootoril ja staatoril paiknevate kontrollerite vahel. Sellisel juhul kasutatakse andmete edastamiseks libisemisrõnga kaudu libisevat kontakti. Sellised näited näitavad, et SHDSL-i kaudu andmete edastamiseks ei ole vaja staatilist kontakti.
Võrdlus teiste tehnoloogiatega
SHDSL vs GSM
Kui võrrelda SHDSL-i GSM-il põhinevate andmeedastussüsteemidega (3G/4G), siis DSL-i kasuks räägib operaatorile regulaarsete maksetega kaasnevate tegevuskulude puudumine mobiilsidevõrgule juurdepääsu eest. SHDSL-iga oleme sõltumatud tööstusrajatise mobiilside levialast, kvaliteedist ja töökindlusest, sealhulgas vastupidavusest elektromagnetilistele häiretele. SHDSL-iga pole vaja seadmeid seadistada, mis kiirendab rajatise kasutuselevõttu. Juhtmeta võrke iseloomustavad suured andmeedastuse viivitused ja raskused andmete edastamisel multisaateliiklust (Profinet, Ethernet IP) kasutades.
Infoturve räägib SHDSL-i kasuks, kuna puudub vajadus andmete üle Interneti edastamiseks ja vajadus seadistada selleks VPN-ühendused.
SHDSL vs Wi-Fi
Suurt osa GSM-i kohta öeldust saab rakendada ka tööstuslikule WiFi-le. Madal mürakindlus, piiratud andmeedastuskaugus, sõltuvus piirkonna topoloogiast ja andmeedastuse viivitused räägivad Wi-Fi vastu. Kõige olulisem puudus on Wi-Fi võrkude infoturve, sest andmeedastuskandjale on juurdepääs igaühel. Wi-Fi abil on juba võimalik edastada Profineti või Etherneti IP andmeid, mis oleks GSM-i jaoks keeruline.
SHDSL vs optika
Enamikul juhtudel on optikal SHDSL-i ees suur eelis, kuid paljudes rakendustes võimaldab SHDSL säästa aega ja raha optiliste kaablite paigaldamisel ja keevitamisel, vähendades nii rajatise kasutuselevõtuks kuluvat aega. SHDSL ei vaja spetsiaalseid pistikuid, sest sidekaabel ühendatakse lihtsalt modemi terminaliga. Optiliste kaablite mehaaniliste omaduste tõttu on nende kasutamine piiratud rakendustes, mis hõlmavad teabe edastamist liikuvate objektide vahel, kus vaskjuhtmed on levinumad.
Allikas: www.habr.com